(57)【要約】【課題】  余剰蒸気の発生を抑えて、ガスタービンの排ガスエネルギの損失を防止する。【解決手段】  ガスタービン（１）のタービン（５）から排気された排ガスによって蒸気を発生させる廃熱ボイラ（２０）を備え、タービンと廃熱ボイラとの間に配設されてガスタービンの圧縮機（３）から出た圧縮空気をタービンの排ガスにより加熱して燃焼器（４）へ供給するための再生器（１０）と、圧縮機と燃焼器との間に配設されて圧縮機から出た圧縮空気を再生器を通さずにバイパスさせて燃焼器へ供給すると共にバイパスさせる圧縮空気の流量調節を行なう再生器バイパス機構（１３，１４，１５）とをさらに備える。再生器バイパス機構の作動を制御するコントローラと、廃熱ボイラの蒸気圧力を検出する圧力センサとをさらに備え、コントローラは、この圧力センサが検出した蒸気圧力に基づいて再生器バイパス機構に圧縮空気の流量調節を行なわせる。【選択図】        図１
2006283655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１）のタービン（５）から排気された排ガスによって蒸気を発生させる廃熱ボイラ（２０）を備えたガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式において、前記タービンと前記廃熱ボイラとの間に配設されて前記ガスタービンの圧縮機（３）から出た圧縮空気を前記タービンの排ガスにより加熱して燃焼器（４）へ供給するための再生器（１０）と、前記圧縮機と前記燃焼器との間に配設されて前記圧縮機から出た前記圧縮空気を前記再生器を通さずにバイパスさせて前記燃焼器へ供給すると共にバイパスさせる前記圧縮空気の流量調節を行なう再生器バイパス機構（１３，１４，１５）とをさらに備えたことを特徴とするガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式。
【請求項２】
前記バイパス機構（１３，１４，１５）の作動を制御するコントローラ（３０）と、前記廃熱ボイラ（２０）の蒸気圧力（Ｐ）を検出する圧力センサ（２２）とをさらに備え、前記コントローラ（３０）は、前記圧力センサが検出した前記蒸気圧力に基づいて前記再生器バイパス機構に前記圧縮空気の前記流量調節を行なわせることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式。
【請求項３】
前記圧力センサ（２２）は、前記廃熱ボイラ（２０）に設けられた蒸気ドラム（２１）内の蒸気圧力（Ｐ）を検出することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式。
【請求項４】
前記廃熱ボイラ（２０）が発生させた前記蒸気を大気中へ逃がすための余剰蒸気弁（２４）をさらに備え、前記コントローラ（３０）は、前記廃熱ボイラの前記蒸気圧力（Ｐ）が所定圧力（Ｐ3 ）を超えたときに前記余剰蒸気弁を開弁させることを特徴とする請求項２又は３に記載のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式。
【請求項５】
前記再生器バイパス機構は、２つの２方向弁（１４，１５）又は１つの３方向弁により形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式、特に再生サイクル式ガスタービンを用いたガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンコージェネシステム（ガスタービンコージェネレーションシステム）では、ガスタービンによる発電のほか、ガスタービンの排ガスを用いた廃熱ボイラによって蒸気を発生させ、この蒸気を外部システムへの蒸気源として利用している。
【０００３】
このようなガスタービンコージェネシステムにおいて、廃熱ボイラが発生させた蒸気に対して熱需要が減少した場合、従来の余剰蒸気量制御方式は、図４に示すように、廃熱ボイラ１０１の入口にバイパスダンパ１０２を設けて、廃熱ボイラ１０１に流入するタービン１０３からの排ガスの全部又は一部を大気中へ放出する、あるいは、廃熱ボイラ１０１から出た蒸気ライン等に余剰蒸気放出ライン１０４を設け、この余剰蒸気放出ライン１０４から余剰蒸気の全部又は一部を大気中に放出する、あるいは、廃熱ボイラ１０１で発生させた蒸気の一部を燃焼器１０５に戻し、ガスタービン内部に噴射して出力増加を図る（例えば、特許文献１参照）、等であった。
【特許文献１】特開２０００−２１３３７２（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、従来のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式は、廃熱ボイラ１０１の入口にバイパスダンパ１０２を設けて、廃熱ボイラ１０１に流入するタービン１０３からの排ガスの全部又は一部を大気中へ放出する。あるいは、廃熱ボイラ１０１から出た蒸気ライン等に余剰蒸気放出ライン１０４を設け、この余剰蒸気放出ライン１０４から余剰蒸気の全部又は一部を大気中に放出する。あるいは、廃熱ボイラ１０１で発生させた蒸気の一部を燃焼器１０５に戻し、ガスタービン内部に噴射して出力増加を図る、等の方式が採られてきた。
【０００５】
しかしながら、廃熱ボイラに流入するタービンからの排ガスの全部又は一部を大気中へ放出させる方式は、そのままガスタービンの排ガスエネルギの損失に繋がるという問題がある。また、廃熱ボイラから出た蒸気ライン等に余剰蒸気放出ラインを設け、この余剰蒸気放出ラインから余剰蒸気の全部又は一部を大気中に放出する方式も、同様に、直ちにガスタービンの排ガスエネルギの損失に繋がるという問題がある。
【０００６】
一方、廃熱ボイラで発生させた蒸気の一部を燃焼器に戻し、ガスタービン内部に噴射して出力増加を図る方式は、噴射する蒸気の圧力がガスタービンの圧縮機出口圧力よりも高くなければならないこと、タービンの腐食を防止するために蒸気の水質管理が必要になること、余剰蒸気の潜熱分は最終的には大気中へ放出されること等の問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、水質管理等の必要もなく余剰蒸気の発生を抑えることができ、ガスタービンの排ガスエネルギの損失を防止することができる、ガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、ガスタービンのタービンから排気された排ガスによって蒸気を発生させる廃熱ボイラを備えたガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式において、タービンと廃熱ボイラとの間に配設されてガスタービンの圧縮機から出た圧縮空気をタービンの排ガスにより加熱して燃焼器へ供給するための再生器と、圧縮機と燃焼器との間に配設されて圧縮機から出た圧縮空気を再生器を通さずにバイパスさせて燃焼器へ供給すると共にバイパスさせる圧縮空気の流量調節を行なう再生器バイパス機構とをさらに備えたことにある。
【０００９】
このように、圧縮機から出た圧縮空気をタービンの排ガスにより加熱して燃焼器へ供給するための再生器を備えて再生サイクル式ガスタービンコージェネシステムとし、かつ、圧縮機から出た圧縮空気を再生器を通さずにバイパスさせて燃焼器へ供給すると共にバイパスさせる圧縮空気の流量を調節する再生器バイパス機構を圧縮機と燃焼器との間に設けることにより、廃熱ボイラが発生させる蒸気量に余剰が生じた場合には、再生器によって燃焼器へ供給する圧縮空気の加熱を行なうことができる。
【００１０】
すなわち、廃熱ボイラが発生させる蒸気量に余剰がない場合には、高温の排ガスを廃熱ボイラに供給する一方、蒸気量に余剰が生じた場合には、再生器によって圧縮空気の加熱を行ない、廃熱ボイラへ供給する排ガスの温度を低下させることができ、蒸気の発生をその分だけ抑えることができる。これにより、従来は必要であったタービンからの排ガスの大気中への放出、ボイラで発生した余剰蒸気の大気中への放出、余剰蒸気のガスタービン内部への噴射に伴って発生する潜熱という形での大気放出を排除することができる。
【００１１】
上記再生器バイパス機構の作動を制御するコントローラと、廃熱ボイラの蒸気圧力を検出する圧力センサとをさらに備え、コントローラは、この圧力センサが検出した蒸気圧力に基づいて再生器バイパス機構に圧縮空気の流量調節を行なわせることが望ましい。このようなコントローラと圧力センサとを設けることにより、再生器内を通る圧縮空気の流量を最適に自動調節することができる。
【００１２】
上記圧力センサは、廃熱ボイラの蒸気ドラム内の蒸気圧力を検出することが望ましい。このように、蒸気ドラム内の１次蒸気圧力を検出することにより、余剰蒸気量を的確に捕らえることができる。
【００１３】
上記廃熱ボイラが発生させた蒸気を大気中へ逃がすための余剰蒸気弁をさらに備え、コントローラは、廃熱ボイラの蒸気圧力が所定圧力を超えたときに余剰蒸気弁を開弁させることが望ましい。このような余剰蒸気弁を設けることにより、再生器によって余剰排ガスエネルギを吸収しきれなかった場合の余剰蒸気量の自動調節が可能となる。
【００１４】
例えば、上記再生器バイパス機構は、２つの２方向弁又は１つの３方向弁により形成される。
【発明の効果】
【００１５】
以上詳細に説明したように、本発明のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式は、ガスタービンのタービンから排気された排ガスによって蒸気を発生させる廃熱ボイラを備え、タービンと廃熱ボイラとの間に配設されてガスタービンの圧縮機から出た圧縮空気をタービンの排ガスにより加熱して燃焼器へ供給するための再生器と、圧縮機と燃焼器との間に配設されて圧縮機から出た圧縮空気を再生器を通さずにバイパスさせて燃焼器へ供給すると共にバイパスさせる圧縮空気の流量調節を行なう再生器バイパス機構とをさらに備えるから、余剰蒸気の発生を抑えることができ、ガスタービンの排ガスエネルギの損失を防止することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式を実施するための最良の形態を、図１ないし図３を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に示すように、ガスタービン１を配設し、このガスタービン１に減速機６を介して発電機７を連結する。ガスタービン１は圧縮機３と燃焼器４とタービン５とからなる。タービン５の下流に、再生器１０と廃熱ボイラ２０がこの順に配設される。圧縮機３と燃焼器４は、空気路１１，１２によってそれぞれ再生器１０と接続される。
【００１８】
再生器入口弁１４が空気路１１に配設される。圧縮機３と再生器入口弁１４との間の空気路１１から分岐して、再生器１０と燃焼器４との間の空気路１２に接続するバイパス路１３が配設される。再生器バイパス弁１５がバイパス路１３に配設される。このバイパス路１３と再生器入口弁１４と再生器バイパス弁１５とにより、再生器バイパス機構が形成される。なお、再生器入口弁１４は、再生器１０と燃焼器４との間の空気路１２に設けることもできる。
【００１９】
廃熱ボイラ２０に蒸気ドラム２１を配設する。図２に示すように、この蒸気ドラム２１に、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力を検出するための圧力発振器（圧力センサ）２２を配設する。蒸気ドラム２１の下流に、プロセス蒸気の圧力を調節するための圧力調節弁２３と、蒸気ドラム２１内の１次蒸気圧力を調節するための余剰蒸気弁２４とをそれぞれ配設する。圧力調節弁２３から出た蒸気は、プロセス蒸気として利用される。また、余剰蒸気弁２４から出た蒸気は大気中へ放出される。
【００２０】
シーケンサ（コントローラ）３０を配設し、このシーケンサ３０と、上述の再生器入口弁１４、再生器バイパス弁１５、圧力発振器２２、圧力調節弁２３、余剰蒸気弁２４とをそれぞれ電気的に接続する。シーケンサ３０が、このガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量の制御を行なう。
【００２１】
次に、本ガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式の作動について説明する。
【００２２】
図３に示すように、シーケンサ３０は、圧力発振器２２の検出信号から蒸気ドラム２１内の１次蒸気圧力Ｐを検出する（ステップＳ２）。ステップＳ２で検出した蒸気圧力Ｐが所定圧力Ｐ1 未満であるか否かを判定する（ステップＳ４）。この所定圧力Ｐ1 は、例えば、プロセスに利用される蒸気に所定の余剰があることを示すしきい値である。
【００２３】
ステップＳ４の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、すなわち、蒸気ドラム２１内の１次蒸気圧力Ｐが所定圧力Ｐ1 未満であり、プロセスに利用される蒸気に所定の余剰がないと判定した場合には、再生器入口弁１４を全閉にし、再生器バイパス弁１５を全開にする（ステップＳ６）。これにより、ガスタービン１の圧縮機３から出た圧縮空気のすべてが再生器１０をバイパスさせて、燃焼器４に供給される。一方、ガスタービン１のタービン５から排気された排ガスは、高温のまま廃熱ボイラ２０に送られて、プロセス蒸気の発生のために利用される。
【００２４】
ステップＳ４の判定結果が否定（Ｎｏ）の場合、すなわち、蒸気ドラム２１内の１次蒸気圧力Ｐが所定圧力Ｐ1 以上であり、プロセス蒸気に所定の余剰があると判定した場合には、次に、ステップＳ２で検出した圧力Ｐが所定圧力Ｐ2 未満であるか否かを判定する（ステップＳ８）。この所定圧力Ｐ2 は、例えば、プロセスに利用される蒸気に過大な余剰があり、従来のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式においては、この余剰蒸気の大気放出やガスタービン内部への噴射が行われる状態を示すしきい値である。
【００２５】
ステップＳ８の判定結果が肯定の場合、すなわち、蒸気ドラム２１内の１次蒸気圧力Ｐが所定圧力Ｐ1 以上ではあるが所定圧力Ｐ2 未満の場合には、プロセスに利用される蒸気に所定の余剰があるため、シーケンサ３０は、その蒸気圧力Ｐに応じて再生器入口弁１４を部分開弁にし、再生器バイパス弁１５も部分開弁とする（ステップＳ１０）。
【００２６】
これにより、ガスタービン１の圧縮機３から出た圧縮空気の一部は再生器１０を通って燃焼器４へ供給され、残りの圧縮空気は再生器１０を通らずにバイパスされ、燃焼器４へ供給される。このため、再生器１０を通った排ガスはそこで熱を奪われて、再生器１０内を通る圧縮空気量に相応した温度低下が起こる。この温度低下した排ガスが廃熱ボイラ２０に送られて、プロセス蒸気発生に利用される。このように、圧縮機３から出た圧縮空気の一部が再生器１０内を通ることにより、プロセス蒸気の発生が抑制されて、余剰蒸気の発生を防ぐことができる。
【００２７】
ステップＳ８の判定結果が否定の場合、すなわち、蒸気ドラム２１内の１次蒸気圧力Ｐが所定圧力Ｐ2 以上であり、プロセス蒸気に過大な余剰が発生している場合には、再生器入口弁１４を全開にし、再生器バイパス弁１５を全閉にする（ステップＳ１２）。これにより、ガスタービン１の圧縮機３から出た圧縮空気のすべてが、再生器１０を通って燃焼器４へ戻される。
【００２８】
このため、タービン５から排気された排ガスは、再生器１０を通ることにより圧縮空気と熱交換して温度低下する。その後、この温度低下した排ガスが廃熱ボイラ２０に送られる。これにより、プロセス蒸気の発生が大幅に抑制される。そして、ステップＳ２で検出した圧力Ｐが所定圧力Ｐ3 を超えるか否かを判定する（ステップＳ１４）。この所定圧力Ｐ3 は、例えば、廃熱ボイラ２０で発生した蒸気が、プロセス蒸気として最大利用できる蒸気量を超えていることを示すしきい値である。
【００２９】
ステップＳ１４の判定結果が肯定の場合、すなわち、蒸気ドラム２１内の１次蒸気圧力Ｐが所定圧力Ｐ3 を超えており、廃熱ボイラ２０で発生している蒸気が、プロセス蒸気として最大利用できる蒸気量を超えている場合には、余剰蒸気弁２４を開弁し、余剰蒸気を余剰蒸気弁２４を通して大気中へ放出する（ステップＳ１６）。そして、再びステップＳ２以降を繰り返す。
【００３０】
本ガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式によれば、圧縮機３から出た圧縮空気をタービン５の排ガスにより加熱して燃焼器４へ供給する再生器１０と、圧縮機３から出た圧縮空気を再生器１０を通さずにバイパスさせて燃焼器４へ供給すると共に、このバイパスさせる圧縮空気の流量を調節するための再生器入口弁１４と再生器バイパス弁１５とを、圧縮機３と燃焼器４との間に設けることにより、廃熱ボイラ２０が発生させる蒸気量に余剰が生じた場合には、再生器１０によって燃焼器４へ供給する圧縮空気の加熱を行なうことができる。
【００３１】
すなわち、廃熱ボイラ２０が発生させる蒸気量に余剰がない場合には、高温の排ガスを廃熱ボイラ２０に供給する一方、蒸気量に余剰がある場合には、再生器１０によって圧縮機３から出た圧縮空気の加熱を行なって、排ガス温度をその分だけ低下させる。これにより、余剰蒸気の発生を抑えることができ、ガスタービンの排ガスエネルギの損失を防止することができる。このため、従来のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式において発生していた余剰蒸気の大気放出によるエネルギ損失や、余剰蒸気のタービン内部への噴射のための水質管理あるいは潜熱の大気放出等の問題をすべて解決することができるようになった。
【００３２】
また、シーケンサ３０が、圧力発振器２２が検出した蒸気ドラム２１の蒸気圧力Ｐに基づいて圧縮空気の流量調節を行なうから、再生器１０内を通る圧縮空気の流量を自動調節することができる。さらに、圧力発振器２２が廃熱ボイラ２０の蒸気ドラム２１内の１次蒸気圧力を検出するから、余剰蒸気量を的確に捕らえることができる。
【００３３】
また、蒸気ドラム２１内の蒸気を大気中へ逃がすための余剰蒸気弁２４を備え、シーケンサ３０が、蒸気ドラム２１内の蒸気圧力が所定圧力Ｐ3 を超えたとき余剰蒸気弁２４を開弁させるから、再生器１０によって余剰排ガスエネルギを吸収しきれなかった場合の余剰蒸気量の自動調節が可能である。
【００３４】
なお、上述のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式は一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。例えば、上述の再生器入口弁１４は、圧縮機３からの圧縮空気の全量について再生器１０をバイパスさせる場合には必須のバルブであるが、部分的にバイパスさせる場合（ステップＳ１０）、あるいは圧縮空気の全量を再生器１０に通す場合（ステップＳ１２）には、必ずしも必須のバルブではなく、再生器バイパス弁１５だけで同様のバイパス操作を行うこともできる。また、本実施の形態では、２つの２方向弁を用いて再生器バイパス機構を形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、１つの３方向弁により再生器バイパス機構を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式を示す模試図である。
【図２】再生器バイパス機構の詳細を示す模試図である。
【図３】再生器バイパス機構の作動を示すフローチャートである。
【図４】従来のガスタービンコージェネシステムの余剰蒸気量制御方式を示す模試図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ガスタービン
３  圧縮機
４  燃焼器
５  タービン
６  減速機
７  発電機
１０  再生器
１１，１２  空気路
１３  バイパス路
１４  再生器入口弁
１５  再生器バイパス弁
２０  廃熱ボイラ
２１  蒸気ドラム
２２  圧力発振器
２３  圧力調節弁
２４  余剰蒸気弁
３０  シーケンサ
１０１  廃熱ボイラ
１０２  バイパスダンパ
１０３  タービン
１０４  余剰蒸気放出ライン
１０５  燃焼器
Ｐ  蒸気圧力
Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3   所定圧力
【図１】
2006283655.tif 000003
【図２】
2006283655.tif 000004
【図３】
2006283655.tif 000005
【図４】
2006283655.tif 000006